JPH09280860A - 傾斜角測定装置 - Google Patents
傾斜角測定装置Info
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- JPH09280860A JPH09280860A JP8844496A JP8844496A JPH09280860A JP H09280860 A JPH09280860 A JP H09280860A JP 8844496 A JP8844496 A JP 8844496A JP 8844496 A JP8844496 A JP 8844496A JP H09280860 A JPH09280860 A JP H09280860A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 傾斜角測定装置の傾斜計の校正を簡単に行う
ことができ、２軸方向以上の傾斜角を測定することがで
きるようにする。 【解決手段】 制御部１４により旋回台１２の回転を制
御して１８０度離れた２位置の傾斜角を旋回台１２上に
装着されたサーボ型加速度計１０によってそれぞれ測定
し、該２位置の測定値Ｍａ及びＭｂ同士を制御部１４に
おいて減じて２で割ることによりバイアス値Ｂ及びケー
スアライメント値Ｋを含まない傾斜角θを得、同一の測
定位置において、基準傾斜角設定機構部１７により基準
傾斜角αを旋回台１２に与えたときのサーボ型加速時計
１０の測定値Ｍａ’及びＭｂ’同士を減じて２で割った
値と、上記測定値Ｍａ及びＭｂ同士を減じて２で割った
値と、を減算して基準傾斜角αで割ることによりスケー
ルファクタの校正値Ｓを得る。
ことができ、２軸方向以上の傾斜角を測定することがで
きるようにする。 【解決手段】 制御部１４により旋回台１２の回転を制
御して１８０度離れた２位置の傾斜角を旋回台１２上に
装着されたサーボ型加速度計１０によってそれぞれ測定
し、該２位置の測定値Ｍａ及びＭｂ同士を制御部１４に
おいて減じて２で割ることによりバイアス値Ｂ及びケー
スアライメント値Ｋを含まない傾斜角θを得、同一の測
定位置において、基準傾斜角設定機構部１７により基準
傾斜角αを旋回台１２に与えたときのサーボ型加速時計
１０の測定値Ｍａ’及びＭｂ’同士を減じて２で割った
値と、上記測定値Ｍａ及びＭｂ同士を減じて２で割った
値と、を減算して基準傾斜角αで割ることによりスケー
ルファクタの校正値Ｓを得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、傾斜角測定装置に
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の傾斜角測定装置４９としては、例
えば図５に示されるようなものがあり、これに示される
ものは、サーボ型加速度計５０を用いて傾斜による重力
加速度成分を計測及び出力するものである。このサーボ
型加速度計５０の出力値には傾斜角の値以外にバイアス
値及びスケールファクタ値のずれも入っているので、こ
れらのずれを修正するために、バイアス調整部５２及び
スケールファクタ調整部５４によりバイアス調整及びス
ケールファクタ調整を行い、調整された値をＡ／Ｄ変換
器５６によりアナログ-デジタル変換してＣＰＵ５８に
読み込ませるている。また、温度の変化によりバイアス
値が変化するため、傾斜角測定時の温度を温度センサ６
０により計測し、Ａ／Ｄ変換器５６によりアナログ-デ
ジタル変換してＣＰＵ５８に読み込ませ、あらかじめＣ
ＰＵ５８に登録されている温度とバイアス値の関係（バ
イアス温度感度）に基づいて、読み込んだ温度データか
ら修正バイアス値を設定し、スケールファクタ値、修正
バイアス値及びサーボ型加速度計５０の出力値から三角
関数を用いて傾斜角を算出している。
えば図５に示されるようなものがあり、これに示される
ものは、サーボ型加速度計５０を用いて傾斜による重力
加速度成分を計測及び出力するものである。このサーボ
型加速度計５０の出力値には傾斜角の値以外にバイアス
値及びスケールファクタ値のずれも入っているので、こ
れらのずれを修正するために、バイアス調整部５２及び
スケールファクタ調整部５４によりバイアス調整及びス
ケールファクタ調整を行い、調整された値をＡ／Ｄ変換
器５６によりアナログ-デジタル変換してＣＰＵ５８に
読み込ませるている。また、温度の変化によりバイアス
値が変化するため、傾斜角測定時の温度を温度センサ６
０により計測し、Ａ／Ｄ変換器５６によりアナログ-デ
ジタル変換してＣＰＵ５８に読み込ませ、あらかじめＣ
ＰＵ５８に登録されている温度とバイアス値の関係（バ
イアス温度感度）に基づいて、読み込んだ温度データか
ら修正バイアス値を設定し、スケールファクタ値、修正
バイアス値及びサーボ型加速度計５０の出力値から三角
関数を用いて傾斜角を算出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の傾斜角測定装置４９では、長期間にわたっ
て使用する場合、経年変化によって初期に調整されたバ
イアス値、スケールファクタ値、バイアス温度感度やケ
ースアライメント値などが変化してしまい、正確な傾斜
角が測定できなくなるため、正確な傾斜角を得るために
は、一定期間ごとに傾斜角測定装置４９を校正しなけれ
ばならないという問題がある。また、サーボ型加速度計
５０の取付が固定であるため、１軸方向の傾斜角しか測
定することができず、２軸方向以上の傾斜を測定するた
めには、２個以上のサーボ型加速度計５０を取り付けな
ければならないという問題もある。
ような従来の傾斜角測定装置４９では、長期間にわたっ
て使用する場合、経年変化によって初期に調整されたバ
イアス値、スケールファクタ値、バイアス温度感度やケ
ースアライメント値などが変化してしまい、正確な傾斜
角が測定できなくなるため、正確な傾斜角を得るために
は、一定期間ごとに傾斜角測定装置４９を校正しなけれ
ばならないという問題がある。また、サーボ型加速度計
５０の取付が固定であるため、１軸方向の傾斜角しか測
定することができず、２軸方向以上の傾斜を測定するた
めには、２個以上のサーボ型加速度計５０を取り付けな
ければならないという問題もある。
【０００４】なお、バイアス値及びケースアライメント
値に関しては、特開昭５０-１２９２５３号公報に示さ
れるように、入力軸が被測定面の傾斜方向と一致するよ
うに加速度計を配して出力を測定した後、入力軸を１８
０度回転させて出力を測定し、これらの出力を差し引く
ことによりバイアス値及びケースアライメント値を削除
する方法が開示されているが、この場合でも、スケール
ファクタ値は変化してしまうため、これを一定期間ごと
に校正しなければならない。また、加速度計を１８０度
回転させて配し直す必要があり、これによる取付誤差が
発生する恐れがある。本発明は、このような課題を解決
するためのものである。
値に関しては、特開昭５０-１２９２５３号公報に示さ
れるように、入力軸が被測定面の傾斜方向と一致するよ
うに加速度計を配して出力を測定した後、入力軸を１８
０度回転させて出力を測定し、これらの出力を差し引く
ことによりバイアス値及びケースアライメント値を削除
する方法が開示されているが、この場合でも、スケール
ファクタ値は変化してしまうため、これを一定期間ごと
に校正しなければならない。また、加速度計を１８０度
回転させて配し直す必要があり、これによる取付誤差が
発生する恐れがある。本発明は、このような課題を解決
するためのものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、駆動手
段によって回転駆動される旋回台と、旋回台の上に装着
される傾斜計と、傾斜計から出力される傾斜角に対応し
た測定値から傾斜角を演算すると共に前記駆動手段を制
御する制御部と、前記旋回台に基準傾斜角を選択的に与
える基準傾斜角設定機構部と、を備え、前記制御部は、
前記旋回台に基準傾斜角を与えない状態で、被測定軸に
傾斜計が一致するように旋回台を回転させたときの傾斜
計からの測定値と、前記旋回台をさらに１８０度回転さ
せたときの傾斜計からの測定値とを減算して２で割った
値と、前記旋回台に基準傾斜角設定機構部により被測定
軸方向に基準傾斜角を与えた状態で、被測定軸に傾斜計
が一致するように旋回台を回転させたときの傾斜計から
の測定値と、前記旋回台をさらに１８０度回転させたと
きの傾斜計からの測定値とを減算して２で割った値と、
基準傾斜角とを用いて傾斜計のスケールファクタを求め
ると共に、前記旋回台に基準傾斜角を与えない状態で、
被測定軸に傾斜計が一致するように旋回台を回転させた
ときの傾斜計からの測定値と、前記旋回台をさらに１８
０度回転させたときの傾斜計からの測定値とを減算して
２で割った値と前記求められたスケールファクタを用い
て被測定軸の傾斜角を演算する、ことを特徴としたもの
である。
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、駆動手
段によって回転駆動される旋回台と、旋回台の上に装着
される傾斜計と、傾斜計から出力される傾斜角に対応し
た測定値から傾斜角を演算すると共に前記駆動手段を制
御する制御部と、前記旋回台に基準傾斜角を選択的に与
える基準傾斜角設定機構部と、を備え、前記制御部は、
前記旋回台に基準傾斜角を与えない状態で、被測定軸に
傾斜計が一致するように旋回台を回転させたときの傾斜
計からの測定値と、前記旋回台をさらに１８０度回転さ
せたときの傾斜計からの測定値とを減算して２で割った
値と、前記旋回台に基準傾斜角設定機構部により被測定
軸方向に基準傾斜角を与えた状態で、被測定軸に傾斜計
が一致するように旋回台を回転させたときの傾斜計から
の測定値と、前記旋回台をさらに１８０度回転させたと
きの傾斜計からの測定値とを減算して２で割った値と、
基準傾斜角とを用いて傾斜計のスケールファクタを求め
ると共に、前記旋回台に基準傾斜角を与えない状態で、
被測定軸に傾斜計が一致するように旋回台を回転させた
ときの傾斜計からの測定値と、前記旋回台をさらに１８
０度回転させたときの傾斜計からの測定値とを減算して
２で割った値と前記求められたスケールファクタを用い
て被測定軸の傾斜角を演算する、ことを特徴としたもの
である。
【０００６】本発明の原理を説明すると、傾斜角を測定
したい方向に旋回台を回転させて傾斜計の出力により傾
斜角θ［ｒａｄ］を求め、この後、旋回台を１８０度回
転させたときの傾斜計の出力により傾斜角−θ［ｒａ
ｄ］を求める。このとき、傾斜角に関しては極性の反転
した２つの値が得られ、バイアス値Ｂ［Ｇ］やケースア
ライメント角Ｋθ［ｒａｄ］に関しては極性の同じ値が
得られる。Ｋθ及びθが微少角の場合、ｓｉｎ（Ｋθ±
θ）≒Ｋθ±θであるため、１回目の測定値Ｍａは、
したい方向に旋回台を回転させて傾斜計の出力により傾
斜角θ［ｒａｄ］を求め、この後、旋回台を１８０度回
転させたときの傾斜計の出力により傾斜角−θ［ｒａ
ｄ］を求める。このとき、傾斜角に関しては極性の反転
した２つの値が得られ、バイアス値Ｂ［Ｇ］やケースア
ライメント角Ｋθ［ｒａｄ］に関しては極性の同じ値が
得られる。Ｋθ及びθが微少角の場合、ｓｉｎ（Ｋθ±
θ）≒Ｋθ±θであるため、１回目の測定値Ｍａは、
【数１】 によって示され、２回目の測定値Ｍｂは、
【数２】 によって示される。なお、Ｓはスケールファクタ値Ｓ
［Ｖ／Ｇ］であり、ｇ［Ｇ］は重力加速度である。ま
た、Ｋ＝ｇ・Ｋθとおいた（Ｋはケースアライメント値
［Ｇ］）。従って、２つの測定値を減算することによ
り、正確な傾斜角θは、
［Ｖ／Ｇ］であり、ｇ［Ｇ］は重力加速度である。ま
た、Ｋ＝ｇ・Ｋθとおいた（Ｋはケースアライメント値
［Ｇ］）。従って、２つの測定値を減算することによ
り、正確な傾斜角θは、
【数３】 によって得られる。
【０００７】また、θが微少角でない場合（Ｋθは微少
角とする）、測定値Ｍａ及びＭｂはそれぞれ
角とする）、測定値Ｍａ及びＭｂはそれぞれ
【数４】 及び
【数５】 によって示されるため、この場合の正確な傾斜角θは、
【数６】 によって得られる。
【０００８】スケールファクタ値Ｓの校正に関しては、
基準傾斜角設定機構部により基準傾斜角α［ｒａｄ］の
傾斜を旋回台の被測定軸方向に与え、被測定軸に傾斜計
が一致するように旋回台を回転させたときの傾斜計から
の測定値Ｍａ’と、被測定軸方向に基準傾斜角αを旋回
台に与えたままさらに１８０度旋回台を旋回させたとき
の傾斜計からの測定値Ｍｂ’とを減算して２で割った値
と、基準傾斜角αの傾斜を旋回台に与えない状態で、被
測定軸に傾斜計が一致するように旋回台を回転させたと
きの傾斜計からの測定値Ｍａと、旋回台をさらに１８０
度旋回させたときの傾斜計からの測定値Ｍｂとを減算し
て２で割った値と、を減算して基準傾斜角αで割ること
により傾斜計のスケールファクタの校正値Ｓが得られ
る。まず、被測定軸方向に基準傾斜角αを旋回台に与え
たときの傾斜計の測定値Ｍａ’［Ｖ］は、
基準傾斜角設定機構部により基準傾斜角α［ｒａｄ］の
傾斜を旋回台の被測定軸方向に与え、被測定軸に傾斜計
が一致するように旋回台を回転させたときの傾斜計から
の測定値Ｍａ’と、被測定軸方向に基準傾斜角αを旋回
台に与えたままさらに１８０度旋回台を旋回させたとき
の傾斜計からの測定値Ｍｂ’とを減算して２で割った値
と、基準傾斜角αの傾斜を旋回台に与えない状態で、被
測定軸に傾斜計が一致するように旋回台を回転させたと
きの傾斜計からの測定値Ｍａと、旋回台をさらに１８０
度旋回させたときの傾斜計からの測定値Ｍｂとを減算し
て２で割った値と、を減算して基準傾斜角αで割ること
により傾斜計のスケールファクタの校正値Ｓが得られ
る。まず、被測定軸方向に基準傾斜角αを旋回台に与え
たときの傾斜計の測定値Ｍａ’［Ｖ］は、
【数７】 によって得られ、基準傾斜角αを旋回台に与えたままで
旋回台を１８０度旋回させたときの傾斜計の測定値Ｍ
ｂ’［Ｖ］は、
旋回台を１８０度旋回させたときの傾斜計の測定値Ｍ
ｂ’［Ｖ］は、
【数８】 によって得られる。(4)式から(5)式を減算して２で割る
と、
と、
【数９】 となる。ただし、ｃｏｓＫθ＝ｃｏｓα＝ｃｏｓθ＝１
とした。さらに、得られたＭ’からＭを減算することで
スケールファクタの校正値Ｓ［Ｖ／Ｇ］が求められる。
とした。さらに、得られたＭ’からＭを減算することで
スケールファクタの校正値Ｓ［Ｖ／Ｇ］が求められる。
【数１０】
【０００９】以上から、傾斜計のバイアス値、ケースア
ライメント値及びスケールファクタ値の変化に対応する
ことができる。また、傾斜計を旋回台に装着したことに
より、１つの傾斜計で２軸以上の方向の傾斜角を測定す
ることができる。
ライメント値及びスケールファクタ値の変化に対応する
ことができる。また、傾斜計を旋回台に装着したことに
より、１つの傾斜計で２軸以上の方向の傾斜角を測定す
ることができる。
【００１０】また、本発明のうちで請求項２記載の発明
は、請求項１記載の発明において、前記制御部が、旋回
台が９０度ずつ回転したときの傾斜計からの各測定値を
用いて、直交する２軸の傾斜角をそれぞれ演算し、これ
らの傾斜角から旋回台が回転することによって形成する
面における最大傾斜角を求めることを特徴とする。
は、請求項１記載の発明において、前記制御部が、旋回
台が９０度ずつ回転したときの傾斜計からの各測定値を
用いて、直交する２軸の傾斜角をそれぞれ演算し、これ
らの傾斜角から旋回台が回転することによって形成する
面における最大傾斜角を求めることを特徴とする。
【００１１】直交する２軸の傾斜角Ｐ，Ｑを求めれば、
その２軸の間の範囲内にある（または２軸のうちのどち
らかの）水平軸を特定することができ、その水平軸に直
交する最大傾斜軸及びその最大傾斜角を一義的に求める
ことができる。
その２軸の間の範囲内にある（または２軸のうちのどち
らかの）水平軸を特定することができ、その水平軸に直
交する最大傾斜軸及びその最大傾斜角を一義的に求める
ことができる。
【００１２】また、本発明のうちで請求項３記載の発明
は、請求項１記載の発明において、前記制御部が、旋回
台を回転させながら傾斜計からの測定値を連続的に受け
て傾斜角を演算し、その中で最大または最小となる傾斜
角を旋回台が回転することによって形成する面における
最大傾斜角とすることを特徴とする。
は、請求項１記載の発明において、前記制御部が、旋回
台を回転させながら傾斜計からの測定値を連続的に受け
て傾斜角を演算し、その中で最大または最小となる傾斜
角を旋回台が回転することによって形成する面における
最大傾斜角とすることを特徴とする。
【００１３】旋回台を回転させながら傾斜計からの測定
値を受けて傾斜角を求めるため、このときの傾斜計の出
力が最大となる方位を旋回台の最大傾斜方位及び最大傾
斜角として求めることができる。
値を受けて傾斜角を求めるため、このときの傾斜計の出
力が最大となる方位を旋回台の最大傾斜方位及び最大傾
斜角として求めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１及び図２に本発明の実施の形
態を示す。本発明の傾斜角測定装置１１は、傾斜計であ
るサーボ型加速度計１０と、加速度計１０が装着される
旋回台１２と、サーボ型加速度計１０に接続される制御
部１４と、制御部１４によって制御される駆動手段であ
るステッピングモータ１６と、旋回台１２に基準傾斜角
を与える基準傾斜角設定機構部１７とを備える。旋回台
１２は、旋回台１２に一体に取り付けられたギヤ１２ａ
がモータ１６の出力軸に取り付けられた駆動ギア１６ａ
と噛み合っており、モータ１６によって軸１３の回りに
回転することが可能である。また、旋回台１２の側周面
にはピン１２ｂが設けられると共に、該ピン１２ｂに対
応して旋回台１２よりも外側に光素子２６が固定設置さ
れている。これらは、光素子２６の発光素子と受光素子
の間をピン１２ｂが通過することを検知して、旋回台１
２の回転角度をリセットするためのものである。基準傾
斜角設定機構部１７は、そのロッド１７ａが伸縮して旋
回台１２に予め決められた基準傾斜角を与えることがで
きる。これに対応して回転軸１３はヒンジ１３ａによっ
て傾斜可能となっている。
態を示す。本発明の傾斜角測定装置１１は、傾斜計であ
るサーボ型加速度計１０と、加速度計１０が装着される
旋回台１２と、サーボ型加速度計１０に接続される制御
部１４と、制御部１４によって制御される駆動手段であ
るステッピングモータ１６と、旋回台１２に基準傾斜角
を与える基準傾斜角設定機構部１７とを備える。旋回台
１２は、旋回台１２に一体に取り付けられたギヤ１２ａ
がモータ１６の出力軸に取り付けられた駆動ギア１６ａ
と噛み合っており、モータ１６によって軸１３の回りに
回転することが可能である。また、旋回台１２の側周面
にはピン１２ｂが設けられると共に、該ピン１２ｂに対
応して旋回台１２よりも外側に光素子２６が固定設置さ
れている。これらは、光素子２６の発光素子と受光素子
の間をピン１２ｂが通過することを検知して、旋回台１
２の回転角度をリセットするためのものである。基準傾
斜角設定機構部１７は、そのロッド１７ａが伸縮して旋
回台１２に予め決められた基準傾斜角を与えることがで
きる。これに対応して回転軸１３はヒンジ１３ａによっ
て傾斜可能となっている。
【００１５】制御部１４は、上記光素子２６からの信号
を受信してピン１２ｂが通過したことを検知する位置検
出回路２８、モータ１６を駆動するモータ駆動回路１
８、基準傾斜角設定機構部１７を駆動する基準角設定機
構駆動回路１９、加速度計１０から出力される測定値に
対応する信号を増幅する増幅器２２、増幅器２２からの
出力をアナログ-デジタル変換するＡ／Ｄ変換器２４、
Ａ／Ｄ変換器２４から得られる加速度計１０からの測定
値から傾斜角を演算すると共に、モータ駆動回路１８及
び基準角設定機構駆動回路１９を制御する演算処理装置
（ＣＰＵ）２０、演算処理装置（ＣＰＵ）２０の演算結
果を外部へ出力するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３２に
より構成されている。尚、本例では、基準角設定機構駆
動回路１９を備え、演算処理装置（ＣＰＵ）２０の指令
に基づいて基準傾斜角設定機構部１７を駆動することと
しているが、旋回台１２が所定の角度に達すると機械ス
イッチにより、自動的に基準傾斜角設定機構部１７が作
動して旋回台１２に基準傾斜角を与えてそのまま保持
し、さらに、旋回台１２を所定の角度へ回転させると別
の機械スイッチによりこの基準傾斜角を解除するように
することもできる。
を受信してピン１２ｂが通過したことを検知する位置検
出回路２８、モータ１６を駆動するモータ駆動回路１
８、基準傾斜角設定機構部１７を駆動する基準角設定機
構駆動回路１９、加速度計１０から出力される測定値に
対応する信号を増幅する増幅器２２、増幅器２２からの
出力をアナログ-デジタル変換するＡ／Ｄ変換器２４、
Ａ／Ｄ変換器２４から得られる加速度計１０からの測定
値から傾斜角を演算すると共に、モータ駆動回路１８及
び基準角設定機構駆動回路１９を制御する演算処理装置
（ＣＰＵ）２０、演算処理装置（ＣＰＵ）２０の演算結
果を外部へ出力するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３２に
より構成されている。尚、本例では、基準角設定機構駆
動回路１９を備え、演算処理装置（ＣＰＵ）２０の指令
に基づいて基準傾斜角設定機構部１７を駆動することと
しているが、旋回台１２が所定の角度に達すると機械ス
イッチにより、自動的に基準傾斜角設定機構部１７が作
動して旋回台１２に基準傾斜角を与えてそのまま保持
し、さらに、旋回台１２を所定の角度へ回転させると別
の機械スイッチによりこの基準傾斜角を解除するように
することもできる。
【００１６】図２に示されるように、サーボ型加速度計
１０は、±１５Ｖの直流電源３４、サーボアンプ３６、
偏位ピックアップ３８、ビーム４０、マグネット４２、
トルカコイル４４、フレキシャヒンジ４６により構成さ
れている。加速度がビーム４０に作用するとその慣性力
でビーム４０が平衡点から偏位するので、その偏位量を
偏位ピックアップ３８で電気信号に変換し、サーボアン
プ３６を通してトルカコイル４４に電流を流して、ビー
ム４０を元の位置に復元する力を発生させる。この電流
がビームに作用した加速度に比例することから電流を計
測することにより、加速度、延いては傾斜角を測定する
ものである。
１０は、±１５Ｖの直流電源３４、サーボアンプ３６、
偏位ピックアップ３８、ビーム４０、マグネット４２、
トルカコイル４４、フレキシャヒンジ４６により構成さ
れている。加速度がビーム４０に作用するとその慣性力
でビーム４０が平衡点から偏位するので、その偏位量を
偏位ピックアップ３８で電気信号に変換し、サーボアン
プ３６を通してトルカコイル４４に電流を流して、ビー
ム４０を元の位置に復元する力を発生させる。この電流
がビームに作用した加速度に比例することから電流を計
測することにより、加速度、延いては傾斜角を測定する
ものである。
【００１７】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。まず、傾斜角測定装置１１の電源投入と同時に演算
処理装置（ＣＰＵ）２０のＲＯＭに予め格納されている
プログラム、または外部からの指令に基づき、旋回台１
２を回転させるべくモータ駆動回路１８へ信号が出力さ
れる。旋回台１２が回転して、ピン１２ｂが光素子２６
を通過したことが位置検出回路２８によって検知される
と、演算処理装置（ＣＰＵ）２０は、旋回台１２の回転
角度をリセットし、以降はモータ駆動回路１８から出力
されるパルス数をカウントすることにより、旋回台１２
の回転角度を検出、制御する。
る。まず、傾斜角測定装置１１の電源投入と同時に演算
処理装置（ＣＰＵ）２０のＲＯＭに予め格納されている
プログラム、または外部からの指令に基づき、旋回台１
２を回転させるべくモータ駆動回路１８へ信号が出力さ
れる。旋回台１２が回転して、ピン１２ｂが光素子２６
を通過したことが位置検出回路２８によって検知される
と、演算処理装置（ＣＰＵ）２０は、旋回台１２の回転
角度をリセットし、以降はモータ駆動回路１８から出力
されるパルス数をカウントすることにより、旋回台１２
の回転角度を検出、制御する。
【００１８】次に、測定したい軸方向に旋回台１２を回
転させ、その位置（図４中ａ点）でサーボ型加速度計１
０により測定値Ｍａを測定する。なお、この測定値Ｍａ
は、バイアス値及びケースアライメント値の誤差が含ま
れているため、正確な傾斜信号ではない。次に、旋回台
１２を１８０度回転させ、その位置（図４中ｂ点）でサ
ーボ型加速度計１０により測定値Ｍｂを測定する。な
お、この測定値Ｍｂもバイアス値及びケースアライメン
ト値の誤差が含まれているため、正確な傾斜信号ではな
い。これらＭａ及びＭｂは、傾斜角θの極性が逆になっ
ている。サーボ型加速度計１０から出力されたＭａ及び
Ｍｂは、増幅器２２によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器２
４によってアナログ-デジタル変換された後、ＣＰＵ２
０により、(3)式又は(3)’式の演算が行われ、傾斜角成
分のみ求められる。
転させ、その位置（図４中ａ点）でサーボ型加速度計１
０により測定値Ｍａを測定する。なお、この測定値Ｍａ
は、バイアス値及びケースアライメント値の誤差が含ま
れているため、正確な傾斜信号ではない。次に、旋回台
１２を１８０度回転させ、その位置（図４中ｂ点）でサ
ーボ型加速度計１０により測定値Ｍｂを測定する。な
お、この測定値Ｍｂもバイアス値及びケースアライメン
ト値の誤差が含まれているため、正確な傾斜信号ではな
い。これらＭａ及びＭｂは、傾斜角θの極性が逆になっ
ている。サーボ型加速度計１０から出力されたＭａ及び
Ｍｂは、増幅器２２によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器２
４によってアナログ-デジタル変換された後、ＣＰＵ２
０により、(3)式又は(3)’式の演算が行われ、傾斜角成
分のみ求められる。
【００１９】また、スケールファクタ値を校正するため
に、基準角設定機構駆動回路１９を介して基準傾斜角設
定機構部１７を作動させ、旋回台１２に基準傾斜角αを
与える（図３参照）。この基準傾斜角αを与えた状態
で、測定値Ｍａ及びＭｂを測定した位置において再びサ
ーボ型加速度計１０により測定値Ｍａ’及びＭｂ’を測
定する。測定値Ｍａ’及びＭｂ’は、増幅器２２によっ
て増幅され、Ａ／Ｄ変換器２４によってアナログ-デジ
タル変換された後、ＣＰＵ２０により、(7)式の演算が
行われ、スケールファクタの校正値Ｓが求められる。こ
の後、ＣＰＵ２０では、スケールファクタの校正値Ｓを
用いて正確な傾斜角が求められ、この傾斜角がＩ／Ｆ３
２を介して出力される。
に、基準角設定機構駆動回路１９を介して基準傾斜角設
定機構部１７を作動させ、旋回台１２に基準傾斜角αを
与える（図３参照）。この基準傾斜角αを与えた状態
で、測定値Ｍａ及びＭｂを測定した位置において再びサ
ーボ型加速度計１０により測定値Ｍａ’及びＭｂ’を測
定する。測定値Ｍａ’及びＭｂ’は、増幅器２２によっ
て増幅され、Ａ／Ｄ変換器２４によってアナログ-デジ
タル変換された後、ＣＰＵ２０により、(7)式の演算が
行われ、スケールファクタの校正値Ｓが求められる。こ
の後、ＣＰＵ２０では、スケールファクタの校正値Ｓを
用いて正確な傾斜角が求められ、この傾斜角がＩ／Ｆ３
２を介して出力される。
【００２０】次に、傾斜角及びスケールファクタ値の別
の校正方法について説明する。旋回台１２に基準傾斜角
αを与えたときのＭ’の値を、基準傾斜角αを与えてい
ないときのＭの値で割ると、(3)”式及び(6)式から傾斜
角θは、
の校正方法について説明する。旋回台１２に基準傾斜角
αを与えたときのＭ’の値を、基準傾斜角αを与えてい
ないときのＭの値で割ると、(3)”式及び(6)式から傾斜
角θは、
【数１１】 になる。但し、ｃｏｓＫθ＝１とした。(8)式により得
られた傾斜角θを(3)”式に代入してスケールファクタ
の校正値Ｓが得られる。
られた傾斜角θを(3)”式に代入してスケールファクタ
の校正値Ｓが得られる。
【数１２】 尚、基準傾斜角αは測定軸の方向によって変化するの
で、任意の被測定軸の傾斜角を測定しようとする場合に
は、旋回台１２の回転角度と基準傾斜角αの関係を予め
求めておくとよい。
で、任意の被測定軸の傾斜角を測定しようとする場合に
は、旋回台１２の回転角度と基準傾斜角αの関係を予め
求めておくとよい。
【００２１】本発明の傾斜角測定装置１１によって、旋
回台１２が回転することによって形成される面における
最大傾斜方位φと傾斜角θを次のように求めることがで
きる。まず、図４（ａ）に示したように、ａ点及びｂ点
の２点の測定からａ-ｂ軸の水平面からの傾斜Ｐを求
め、ａ点から９０度離れたｃ点及びｃ点から１８０度離
れたｄ点の２点の測定からｃ-ｄ軸の水平面からの傾斜
Ｒを求める。今、最大傾斜方位をＯＢとし、水平軸がＯ
Ａであるとすると、ＯＢはＯＡに直交するため、まず、
回転軸ＯＡの方位を求めることにする。ＯＡは、傾斜面
Ｘ’ＯＹ’の回転軸となるから、ＯＡ軸を紙面に垂直な
軸として表した図４（ｂ）からわかるように、球面三角
形ＸＡＸ’と球面三角形ＹＡＹ’から
回台１２が回転することによって形成される面における
最大傾斜方位φと傾斜角θを次のように求めることがで
きる。まず、図４（ａ）に示したように、ａ点及びｂ点
の２点の測定からａ-ｂ軸の水平面からの傾斜Ｐを求
め、ａ点から９０度離れたｃ点及びｃ点から１８０度離
れたｄ点の２点の測定からｃ-ｄ軸の水平面からの傾斜
Ｒを求める。今、最大傾斜方位をＯＢとし、水平軸がＯ
Ａであるとすると、ＯＢはＯＡに直交するため、まず、
回転軸ＯＡの方位を求めることにする。ＯＡは、傾斜面
Ｘ’ＯＹ’の回転軸となるから、ＯＡ軸を紙面に垂直な
軸として表した図４（ｂ）からわかるように、球面三角
形ＸＡＸ’と球面三角形ＹＡＹ’から
【数１３】 であり、
【数１４】 となる。Ｒ＝０のとき、すなわちｃ-ｄ軸が水平軸であ
るときは、
るときは、
【数１５】 となる。最大傾斜方位φは、ＯＸを０度方位として、
【数１６】 で表される。また、最大傾斜角θは、
【数１７】 となり、φ＝π／２のとき、θ＝Ｒとなる。こうして、
９０度ずつ離れた任意の４点で測定を行うことで、最大
傾斜方位φと最大傾斜角θを求めることができる。
９０度ずつ離れた任意の４点で測定を行うことで、最大
傾斜方位φと最大傾斜角θを求めることができる。
【００２２】旋回台１２の最大傾斜方位φと、最大傾斜
角θを求める他の方法としては、旋回台１２を回転させ
ながらサーボ型加速度計１０の出力を測定し、サーボ型
加速度計１０の出力が最大又は最小となる方位を最大傾
斜方位φとして求め、最大傾斜角θは、最大傾斜方位軸
線上の２点の測定値と、基準傾斜角αを旋回台１２に与
えて測定した結果と、から求めることもできる。
角θを求める他の方法としては、旋回台１２を回転させ
ながらサーボ型加速度計１０の出力を測定し、サーボ型
加速度計１０の出力が最大又は最小となる方位を最大傾
斜方位φとして求め、最大傾斜角θは、最大傾斜方位軸
線上の２点の測定値と、基準傾斜角αを旋回台１２に与
えて測定した結果と、から求めることもできる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明は、制御部により旋回台の回転を制御し
て１８０度回転角度が異なるときの傾斜計の測定値同士
の減算を行って２で割ることによりバイアス値及びケー
スアライメント値を含まない傾斜角を得ることができ、
また、旋回台に基準傾斜分の傾斜角を与えて、１８０度
角度が異なるときの傾斜計の測定値同士を減算して２で
割った値と、基準傾斜分の傾斜角を旋回台に与えずに１
８０度角度が異なるときの傾斜計の測定値同士を減算し
て２で割った値と、基準傾斜角とを用いてスケールファ
クタ値の校正値を得ることができる。
項１記載の発明は、制御部により旋回台の回転を制御し
て１８０度回転角度が異なるときの傾斜計の測定値同士
の減算を行って２で割ることによりバイアス値及びケー
スアライメント値を含まない傾斜角を得ることができ、
また、旋回台に基準傾斜分の傾斜角を与えて、１８０度
角度が異なるときの傾斜計の測定値同士を減算して２で
割った値と、基準傾斜分の傾斜角を旋回台に与えずに１
８０度角度が異なるときの傾斜計の測定値同士を減算し
て２で割った値と、基準傾斜角とを用いてスケールファ
クタ値の校正値を得ることができる。
【００２４】また、傾斜計を旋回台に装着したことによ
り、任意の方向の傾斜角を１つの傾斜計で測定すること
ができ、これにより、傾斜計を１８０度回転させて配し
直す必要がないため、取付誤差が発生することもない。
り、任意の方向の傾斜角を１つの傾斜計で測定すること
ができ、これにより、傾斜計を１８０度回転させて配し
直す必要がないため、取付誤差が発生することもない。
【００２５】また、直交する２軸の傾斜角を求めること
ができるので、これらから、最大傾斜角及び最大傾斜方
位を一義的に求めることが可能になる。また、旋回台を
回転させながら傾斜計からの測定値を受けて傾斜角を求
めることができるため、その中から最大傾斜方位と最大
傾斜角を求めることができる。
ができるので、これらから、最大傾斜角及び最大傾斜方
位を一義的に求めることが可能になる。また、旋回台を
回転させながら傾斜計からの測定値を受けて傾斜角を求
めることができるため、その中から最大傾斜方位と最大
傾斜角を求めることができる。
【図１】本発明の傾斜角測定装置の実施の形態を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】図１の加速度計の回路図である。
【図３】図１の旋回台に基準傾斜角を与えた状態を示す
説明図である。
説明図である。
【図４】最大傾斜方位と最大傾斜角を求める原理を示す
説明図であり、（ａ）は旋回台の斜視図であり、（ｂ）
は旋回台の側面図である。
説明図であり、（ａ）は旋回台の斜視図であり、（ｂ）
は旋回台の側面図である。
【図５】従来の傾斜角測定装置を示す図である。
１０ サーボ型加速度計（傾斜計） １２ 旋回台 １４ 制御部 １６ モータ（駆動手段） １７ 基準傾斜角設定機構部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅野 貢一 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内
Claims (3)
- 【請求項１】 駆動手段によって回転駆動される旋回台
と、旋回台の上に装着される傾斜計と、傾斜計から出力
される傾斜角に対応した測定値から傾斜角を演算すると
共に前記駆動手段を制御する制御部と、前記旋回台に基
準傾斜角を選択的に与える基準傾斜角設定機構部と、を
備え、 前記制御部は、前記旋回台に基準傾斜角を与えない状態
で、被測定軸に傾斜計が一致するように旋回台を回転さ
せたときの傾斜計からの測定値と、前記旋回台をさらに
１８０度回転させたときの傾斜計からの測定値とを減算
して２で割った値と、前記旋回台に基準傾斜角設定機構
部により被測定軸方向に基準傾斜角を与えた状態で、被
測定軸に傾斜計が一致するように旋回台を回転させたと
きの傾斜計からの測定値と、前記旋回台をさらに１８０
度回転させたときの傾斜計からの測定値とを減算して２
で割った値と、基準傾斜角とを用いて傾斜計のスケール
ファクタを求めると共に、 前記旋回台に基準傾斜角を与えない状態で、被測定軸に
傾斜計が一致するように旋回台を回転させたときの傾斜
計からの測定値と、前記旋回台をさらに１８０度回転さ
せたときの傾斜計からの測定値とを減算して２で割った
値と前記求められたスケールファクタを用いて被測定軸
の傾斜角を演算する、ことを特徴とする傾斜角測定装
置。 - 【請求項２】 前記制御部は、旋回台が９０度ずつ回転
したときの傾斜計からの各測定値を用いて、直交する２
軸の傾斜角をそれぞれ演算し、これら傾斜角から旋回台
が回転することによって形成する面における最大傾斜角
を求めることを特徴とする請求項１記載の傾斜角測定装
置。 - 【請求項３】 前記制御部は、旋回台を回転させながら
傾斜計からの測定値を連続的に受けて傾斜角を演算し、
その中で最大となる傾斜角を旋回台が回転することによ
って形成する面における最大傾斜角とすることを特徴と
する請求項１記載の傾斜角測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08844496A JP3634058B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 傾斜角測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08844496A JP3634058B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 傾斜角測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09280860A true JPH09280860A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3634058B2 JP3634058B2 (ja) | 2005-03-30 |
Family
ID=13942984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08844496A Expired - Fee Related JP3634058B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 傾斜角測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3634058B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020008313A (ja) * | 2018-07-03 | 2020-01-16 | 株式会社自動制御技術研究所 | Ｍｅｍｓ加速度計を用いた傾斜測定装置及び傾斜測定方法 |
| JP2021063761A (ja) * | 2019-10-16 | 2021-04-22 | 株式会社トプコン | 傾斜検出装置及び測量装置 |
| CN114279405A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-05 | 上海米度测量技术有限公司 | 一种油缸根部角度测量装置及双护盾掘进机姿态测量系统 |
| CN117664084A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-08 | 山东建勘集团有限公司 | 一种建筑工程专用倾斜度测量装置 |
-
1996
- 1996-04-10 JP JP08844496A patent/JP3634058B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020008313A (ja) * | 2018-07-03 | 2020-01-16 | 株式会社自動制御技術研究所 | Ｍｅｍｓ加速度計を用いた傾斜測定装置及び傾斜測定方法 |
| JP2021063761A (ja) * | 2019-10-16 | 2021-04-22 | 株式会社トプコン | 傾斜検出装置及び測量装置 |
| CN114279405A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-05 | 上海米度测量技术有限公司 | 一种油缸根部角度测量装置及双护盾掘进机姿态测量系统 |
| CN114279405B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-03-22 | 上海米度测量技术有限公司 | 一种油缸根部角度测量装置及双护盾掘进机姿态测量系统 |
| CN117664084A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-08 | 山东建勘集团有限公司 | 一种建筑工程专用倾斜度测量装置 |
| CN117664084B (zh) * | 2024-02-02 | 2024-04-26 | 山东建勘集团有限公司 | 一种建筑工程专用倾斜度测量装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3634058B2 (ja) | 2005-03-30 |
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